TW202249053A - 用於偵測二次及背向散射之電子的具有通孔之分段多通道背面照明固態偵測器 - Google Patents

用於偵測二次及背向散射之電子的具有通孔之分段多通道背面照明固態偵測器 Download PDF

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Abstract

本發明係關於具有背面照明之一分段偵測器裝置。該偵測器能夠收集且區分二次電子與背向散射之電子。該偵測器包含用於一主要電子束通過之一通孔。命中一樣本後，該等經反射之二次電子及背向散射之電子經由一垂直結構收集，該結構具有一P+/P-/N+或一N+/N-/P+組成物，用於穿過該裝置之厚度之完全空乏。使用經定位於該裝置前側之場隔離絕緣體對該裝置之主動區域進行分段。

Description

用於偵測二次及背向散射之電子的具有通孔之分段多通道背面照明固態偵測器
本發明大體上係關於晶圓檢測系統之領域。更具體而言，本發明係關於微型電子束柱偵測器。
大體上，半導體製造工業涉及使用半導體材料用於製造積體電路之高度複雜技術，該等半導體材料被層狀化且被圖案化於一基板上，諸如矽。歸因於大規模之電路積體及半導體裝置尺寸之減小，經製造之裝置對缺陷變得越來越敏感。此為，導致該裝置中之故障之缺陷越來越小。在發貨給終端使用者或客戶之前，該裝置通常需要無故障。
因此，能夠偵測越來越小的缺陷變得越來越重要。檢測系統(或檢測員)發現之缺陷類型、缺陷數量及簽署為半導體製造提供有價值的資訊，以確保在研發階段建立之製造程序可上升，上升階段中經確認之程序視窗可轉移到大批量製造(HVM)，且HVM之日常操作係穩定的及可控的。
用於偵測缺陷之一種方法係使用一掃描電子顯微鏡(SEM)。一SEM可包含複數個具有內建偵測器之電子束柱。隨著半導體裝置尺寸縮小，可偵測之缺陷尺寸減小，且歸因於光波長之限制因素，用傳統光學方法偵測非常具有挑戰性。偵測此等缺陷之一種方法係使用電子束，其中該等電子束之波長可能比光之波長小得多，然而，產量很慢—一晶圓之單柱電子束檢測可需要幾天或幾週。為了解決此問題，微型化之多列或多束SEM可實現對晶圓之大規模並行檢測。現時，最先進的技術可實現一英吋高之微型電子束柱。然而，由於柱本身很小，標準偵測器的空間不大。通常，使用分離的偵測器偵測二次電子(SE)及背向散射之電子(BSE)。然而，鑒於微型電子束柱之有限空間，需要一新的且經改良之偵測器。
下文給出本發明之一簡化發明內容，以提供對本發明之某些實施例之一基本理解。此發明內容並非對本發明之一全面概述，且亦未確定本發明之關鍵(key)/重大(critical)要素，抑或描述本發明之範圍。唯一目的係以一簡化形式呈現本文所揭示之一些概念，作為稍後呈現之更詳細描述之一序言。
本發明之一個態樣係關於一固態裝置。該固態裝置包含一垂直結構。該垂直結構包含一N+/P-/P+或一P+/N-/N+結構，用於穿過該裝置厚度之完全空乏。該N+/P-/P+或一P+/N-/N+結構包含經形成於該裝置前側之一N+或P+接面、位於其中間之一P-或N-純質層及經形成於該裝置背面之一P+或N+層。該裝置亦包含用於收集二次電子(SE)及背向散射之電子(BSE)之一主動區域。該主動區域被分段成多個通道，以分離二次電子及背向散射之電子之偵測。一通孔經放置於該裝置中心內，以允許一主要束穿過該裝置。該主要束進入位於該裝置前側上之該通孔。
本發明之另一態樣係關於系統。該系統包含一電子源、一陶瓷基板及經耦合至該陶瓷基板之一裝置。該裝置包含一垂直結構。該垂直結構包含一N+/P-/P+或一P+/N-/N+結構，用於穿過該裝置厚度之完全空乏。該N+/P-/P+或一P+/N-/N+結構包含經形成於該裝置前側之一N+或P+接面、位於其中間之一P-或N-純質層及經形成於該裝置背面之一P+或N+層。該裝置亦包含用於收集二次電子(SE)及背向散射之電子(BSE)之一主動區域。該主動區域被分段成多個通道，以分離二次電子及背向散射之電子之偵測。一通孔經放置於該裝置中心內，以允許一主要束穿過該裝置。該主要束進入位於該裝置前側上之該通孔。
本發明之另一態樣係關於判定一晶圓上缺陷之方法。該方法包括向晶圓射出一主要電子束。然後，該方法繼續在固態裝置上收集二次及背向散射之電子。該裝置包含一垂直結構。該垂直結構包含一N+/P-/P+或一P+/N-/N+結構，用於穿過該裝置厚度之完全空乏。該N+/P-/P+或一P+/N-/N+結構包含經形成於該裝置前側之一N+或P+接面、位於其中間之一P-或N-純質層及經形成於該裝置背面之一P+或N+層。該裝置亦包含用於收集二次電子(SE)及背向散射之電子(BSE)之一主動區域。該主動區域被分段成多個通道，以分離二次電子及背向散射之電子之偵測。一通孔經放置於該裝置中心內，以允許一主要束穿過該裝置。該主要束進入位於該裝置前側上之該通孔。
在一些實施例中，該分段出現在裝置前側上，且SE及BSE被收集在該裝置背面上。在一些實施例中，該裝置前側亦包含金屬觸點，以最大化用於SE及BSE收集之可用區域。在一些實施例中，該P+層包括硼或另一受體摻雜劑。在一些實施例中，該P+層包含一額外導電塗層。該裝置進一步包含用於控制該裝置上之該等SE和BSE信號之一後透鏡元件。在一些實施例中，該分段通道包括由四個面積相等之象限包圍之一圓形中心通道，其中該等四個象限中之各象限具有與該圓形中心通道相同之面積。
下文將參考附圖進一步描述本發明之此等及其他態樣。
相關應用之交叉引用
本申請主張John Gerling等人於2021年6月9日申請之第63/208,508號之先前申請美國臨時申請案之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。
在下文描述中，闡述許多具體細節，以提供對本發明之一透徹理解。本發明可在沒有此等具體細節之部分或全部之情況下經實施。在其他情況下，未經詳細描述之已知程序操作，以避免不必要地模糊本發明。雖然將結合特定實施例描述本發明，但將理解，本發明並不旨在將本發明限制於實施例。
可使用具有多個分佈式微型柱、多個原子力顯微鏡(AFM)探針、具有多個探針之一近場微波工具、離子束探針或多個近端光學探針之呈SEM形式之具有高解析度分佈式之探針檢測工具偵測晶圓中之缺陷。在第8,698,094 B1號美國專利案及第8,455,838 B2號美國專利案進一步描述合適的微型化電子束柱技術，該等案之全文以引用的方式併入本文中。在第2013/0088245號美國專利申請案中描述可行的高解析度近場微波探針技術，該案之全文以引用的方式併入本文中。在第8,997,258 B2號美國專利案中進一步描述實例高解析度AFM探針組態，該案之全文以引用的方式併入本文中。由於電子束柱之微型化，傳統電子束偵測器沒有足夠的空間來操作。因此，微型化電子束柱必須使用經改進之偵測器。
在一些傳統電子束偵測器中，陽極及陰極觸點經放置於裝置之主動區域側或照明側，即電荷傳輸係側向的。然而，此導致數個缺點。例如，若陽極及陰極觸點經定位於裝置之主動區域或照明側，則電荷載子側向流動，藉此歸因於觸點及隔離區域佔據裝置主動區域而降低收集效率。
此外，傳統分段偵測器在主動區域側或照明側進行分段。然而，歸因於分段之間之絕緣體隔離之增添，此降低偵測器之收集效率。
傳統電子束偵測器裝置亦使用一特殊設計之金屬遮罩來覆蓋主動區域上經暴露之絕緣體，抑或直接將該絕緣體暴露在外。然而，主動區域側或照明側之經暴露絕緣體可充電，且可對裝置造成損壞及/或在電子束穿過裝置時影響電子束。因此，傳統偵測器裝置通常需增添遮罩以緩解充電問題。有關遮罩之更多資訊，請參考美國專利案9,418,819，該案之全文以引用的方式併入。
此外，傳統偵測器裝置通常將二次電子(SE)及背向散射之電子(BSE)偵測功能分為實體上不同的且分離的偵測器，例如，用於SE偵測之一個偵測器及用於BSE偵測之另一偵測器。隨著電子束柱之尺寸縮小，此可證明係有問題的，因為空間有限，且實現額外電子濾波光學元件係困難的。
鑒於傳統偵測器裝置存在的問題(其中一些問題已在上文中提呈)，因此需一經改良之偵測器裝置，允許同時收集及區分呈一較小形狀係數之SE及BSE信號。本發明中描述之技術及機制提供在一單一偵測器中SE及BSE信號之同時收集及區分。此外，本文中描述之技術及機制提供實例性封裝方法及實例性系統實施方案，下文參考下圖描述其中之細節。
圖1係根據本發明之實施例描繪一偵測器裝置之一橫截面之一圖。在一些實施例中，裝置100係用於同時偵測二次及背向散射之電子信號122的具有一通孔130之一分段多通道、背面照明固態裝置。
在一些實施例中，裝置100包含一垂直結構112，該垂直結構112包括穿過裝置厚度用於完全空乏之一N+/P-/P+結構。在一些實施例中，裝置100經設計用於背面照明，此意指一主要電子束108從一電子源發射，穿過通孔130且命中樣本，例如一晶圓。在主要束108命中樣本後，SE及BSE 122被反射回裝置100，且在背面命中裝置100，首先命中P+層106。
在其他實施例中，裝置100包含一垂直結構112，該垂直結構包括用於具有不同電力效能之前側照明之一P+/N-/N+結構。主要差異在於歸因於陰極區域具有隔離分段之圖案化絕緣體特徵，收集效率可被降低。由於電子係主要載子，N通道裝置通常具有較高的載子遷移率，而由於電洞係主要載子，P通道裝置具有較低的載子遷移率。N通道及P通道裝置之間存在權衡，例如，由於載子遷移率、偏電電壓、空乏寬度、輻射硬度而產生之回應時間，但此兩種類型均適用於裝置100。
在一些實施例中，P+層106亦與裝置100背面上之金屬觸點110接觸，即照明側。在一些實施例中，P+層106可包含硼或另一受體摻雜劑，且可具有梯度摻雜水準，其中表面之摻雜比朝向底部之摻雜更重。在一些實施例中，P+層106可經由沈積形成，例如原子層沈積，通過連續熱退火以形成一淺植入物，而不在敏感表面上留下一原生氧化物。
在一些實施例中，P+層106亦包含一導電塗層，例如一1至4 nm之薄氧化物(諸如氧化鋁)或其他薄膜，以保護層106但仍讓電子穿過。在一些實施例中，此導電塗層係用於微型電子束柱之一最佳化，因為在一微型電子束柱中之電子具有低能量，此意指SE及BSE亦具有低能量。為了使一偵測器拾取SE及BSE信號，電子必須穿過P+層106進入空乏區，即純質P-層114，其中電子電洞對可被收集且讀取為一信號。當一具有足夠能量之電子撞擊二極體時，會產生一電子電洞對。若吸收發生在空乏區域，此等電子電洞對藉由空乏區域內建電場從接面中掃掠。電洞移動朝向陽極且電子移動朝向陰極，且產生一電流信號。一些低能量之SE及BSE可能無法穿透P+層106，藉此成為被俘獲。離子化輻射之被俘獲電荷可為電洞或電子。可藉由提供一導電路徑(例如導電路徑或塗層)用於傳輸到金屬觸點110以移除該等電荷。然而，若P+層106之表面係一絕緣體，被俘獲電荷將開始對絕緣體充電，此可能損壞裝置或影響適當之電子收集。在一些實施例中，導電塗層可為一硼薄層，例如2 nm，其可鈍化裝置且亦可提供一導電表面。
在一些實施例中，在氧化物鈍化之情況下，P+層106之一金屬接觸方案可經形成為一薄網格層，或在一導電表面之情況下，已經作為金屬接觸110存在於裝置之周邊上。
在一些實施例中，裝置100之裝置主動區域可被分段成不同通道以區分SE及BSE信號。在一些實施例中，各個通道經組態為具有相同電容之相同區域。在此等實施例中，確保相等電容允許所有通道具有與其他通道相同或非常相似之回應，以便經由通道讀出116及118最佳化電子讀出。在一些實施例中，此因為信號讀出經由直接經定位直接與偵測器裝置相鄰之放大器電路執行，以最小化雜訊。
在一些實施例中，一能量濾波器(例如網格電極)可經放置在偵測器裝置前面。在此類實施例中，能量濾波器亦可幫助從BSE信號中分離SE。
根據各種實施例，在P+層106旁邊係一輕摻雜之P-純質層114，其形成用於完全空乏之裝置本體。如上文所述，裝置100經組態使得一旦一傳入高能電子穿透P+層106，其會離子化P-純質層114中之一個或多個晶格原子，藉此產生多個電子電洞對，從而導致裝置增益。然後收集電子電洞對，藉此導致一待經偵測之信號。在一些實施例中，P-純質層114之厚度被減薄以最佳化載子傳輸時間或裝置回應(信號上升時間及頻寬)，同時保持平坦度及處理要求。
在一些實施例中，裝置100可支援且操作於一完全空乏模式，其中空乏層或P-純質層114延伸至裝置背部表面。在一些實施例中，實現此條件所需之偏電電壓120不應引起裝置中之任何其他地方崩潰。
根據各種實施例，裝置100亦包含經形成於裝置100前側之N+接面126及128，及金屬觸點106及108。在一些實施例中，因為其改良收集效率，前側N+接面126及128及金屬觸點106及108之成型允許在背面(即照明側)最大化用於SE及BSE收集之可用區域。
在一些實施例中，N+接面126及128被絕緣體102分離，絕緣體102係分段之間之一死區。在一些實施例中，絕緣體104分離N+接面128及通孔130。在一些實施例中，絕緣體104代表通孔死區。在一些實施例中，死區應被最小化以提高效率。在一些實施例中，絕緣體102及104係場氧化物。
在一些實施例中，由於主要束108穿過通孔130，因此需要對通孔130之側壁124進行塗覆及接地，以防止側壁124對主要電子束108產生影響。在一些實施例中，側壁124包含插入側壁之一金屬。在一些實施例中，側壁中之金屬係不氧化之一金屬，例如鉑。此係為使金屬不會形成一隔離表面層，從而在主要束穿過通孔108時對主要束進行充電且影響主要束108。
在一些實施例中，N+接面126及128被絕緣體102分離，以分段裝置100之主動區域。如上文所述，主動區域被分段以區分SE與BSE信號。在一些實施例中，在前側形成分段以最大化背面照明。此係因為與前側照明裝置相反，場隔離絕緣體102及104不被暴露於經反射之SE及BSE，因此不會對裝置進行充電且損壞裝置或顯著影響電子束。下文描述關於分段偵測器之更多細節。
圖2繪示根據本發明之實施例之一實例裝置主動區域佈局。更具體而言，圖2顯示裝置100前側之一俯視圖。在一些實施例中，主動區域200包含經由場隔離絕緣體216分段之多個通道。在一些實施例中，絕緣體216代表裝置中之死區。在一些實施例中，在主動區域200之中心內有供一主要束穿過之一通孔214。在一些實施例中，通孔214係通孔死區212，其可具有或不具有圍繞通孔214之側壁之一遮罩。在一些實施例中，通孔214及通孔死區212經定位於標記為通道0之中心通道210之中心內。在一些實施例中，外部通道202、204、206及208圍繞中心通道210，該等通道分別標記為通道1、2、3及4。如先前所述，在一些實施例中，各通道被用於場隔離之一死區絕緣體分離。
如上文所描述，用於主動區域200之分段發生在裝置前側(朝向主要束之一側)。此改良背面上SE及BSE收集效率(照明區域朝向樣本且進入SE或BSE)。圖3A至圖3B繪示分段偵測器如何區分SE與BSE信號。
圖3A繪示根據本發明之實施例，使用一分段偵測器之BSE收集之一實例點狀圖300。如圖3A中所示，BSE信號304均勻分佈在點狀圖300上。因此，BSE信號相當均勻地分佈在所有五個通道。
圖3B繪示根據本發明之實施例，使用一分段偵測器之SE收集之一實例點狀圖。如圖3B中所示，SE收集308主要出現在點狀圖300之中心通道上，即通道0。這差異係顯著的，因為其允許電子束柱系統之一操作員選擇哪個分段(或通道)最適合對一樣本或晶圓進行最佳成像。
在一些實施例中，分段及多個通道之細節相互排斥，此意指一個通道可具有經組合之多個分段以形成獨立偵測通道。例如，可以一適當比率組合及混合通道，以用於最佳成像品質。此外，通道可為用於SE之原始信號，例如Ch0 (物理檢測)或BSE，例如Ch1、Ch2、Ch3及Ch4。在一些實施例中，通道可被混合用於形貌成像，例如，(Ch1+Ch2)-(Ch3+Ch4)。在一些實施例中，各通道分段可進一步經分段以達成角度資訊。
圖4A至圖4C繪示根據本發明之實施例之裝置總成400、450及470之實例。圖4A包含裝置總成400，其展示經附接至基板414之一背面照明偵測器402。在一些實施例中，基板414係一陶瓷基板。陶瓷基板之一些實例包含氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)及石英。陶瓷基板通常用於厚膜應用，其中導體藉由其他方式絲網遮罩或沈積，且圖案化。根據不同實施例，取決於應用所需之不同機械，熱或電性質使用不同基板材料。在一些實施例中，低溫共燒陶瓷(LTCC)通常由陶瓷顆粒(氮化鋁、氧化鋁或氮化矽粉末)與一聚合物黏合劑在一燒結溫度較低(例如低於1000℃)之情況下混合而成，允許用於多層方法整合被動組件，例如電阻器、電容器、電感器及導電跡線。在一些實施例中，高溫共燒陶瓷(HTCC)可以一與LTCC類似方式經使用，但燒結溫度更高，例如約1600 C。上述實例僅作為實例給出，且不構成陶瓷基板之一詳盡清單。如圖4A中所示，偵測器402背面(底部)上沒有分段。此外，陰極觸點422及424亦經定位於前側，而金屬陽極觸點420經定位於背面。在一些實施例中，導線接合408經耦合至偵測器402前側上之各觸點。
在一些實施例中，裝置402可為經安裝在一陶瓷基板414上之一裸晶粒，其具有一基板孔426及與偵測器402相鄰之讀出電子裝置434，且經由金屬層410連接用於低雜訊。此有助於最小化寄生電容及電子串擾(EMI)。在一些實施例中，裝置402之電容及電阻(串聯及並聯)可經工程化以匹配前置放大器電子裝置之頻寬及輸入電容要求。在一些實施例中，陶瓷基板414包含覆蓋電介質之經暴露區域以減輕電子充電之一金屬層432。
如圖4B中所示，在一些實施例中，組件450包含偵測器402，該偵測器402可安裝到基板414上之前經安裝在一副載體(陶瓷、LTCC或類似)基板438上，以促進更輕鬆組裝。在一些實施例中，此包含在安裝到最終基板414上之前之導線接合、球焊料接合或觸點之底部填充。在一些實施例中，載體438 (陶瓷、LTCC或類似)亦可在選擇區域(例如孔、底側)內具有金屬化432，以減輕電介質之電子束充電。在一些實施例中，副載體基板438可用於劃分段組裝及整合。
圖4C繪示與總成450類似之一總成470，惟讀出電子裝置434經定位於基板414上而非副載體基板438上除外。在一些實施例中，使讀出電子裝置434位於基板414上而非副載體438可能係由於用於副載體438之尺寸限制。
在一些實施例中，裝置402可經組裝至具有一凹槽之一陶瓷基板上，以最小化導線接合408回路高度，抑或啟用接觸陰極之替代方法，例如機械夾、彈簧夾、螺旋夾，或需要平面或近似平面之其他方法。
在一些實施例中，該封裝可用於附接其他裝置(主動或被動)以增強偵測器效能或整個機器效能，例如區分泵孔徑、額外放大器、電子能量濾波電極或雜訊抑制裝置。
在一些實施例中，多層封裝，例如LTCC或AlN，能夠路由嵌入式互連且裝置，如加熱器、電阻器及電容器，可增強偵測器能力，簡化偵測器設計，或改良裝置效能，諸如受控阻抗，例如50歐姆，或匹配路徑長度。
根據各種實施例，為了便於精確對準，可使用通孔433或裝置上一經圖案化基準用於光學對準。在一些實施例中，通孔433被放置在裝置402之中心處或接近裝置402之中心處，以允許主要束435穿過且反射回SE及BSE 428。在一些實施例中，儘管通孔433可偏離中心。在一些實施例中，例如，可藉由多個通孔433，用於多束應用。
在一些實施例中，通孔433可具有各種形狀或蝕刻輪廓中之任何一者，例如，直形、錐形或階梯形。在一些實施例中，通孔433可在側壁上具有一導電塗層，例如金屬或雜質摻雜以減輕充電。在一些實施例中，通孔433可具有一經插入之屏蔽而非一保護塗層。
圖5A繪示根據本發明之實施例具有一微型電子束柱之一實例偵測系統500。圖5B繪示根據本發明之實施例具有一替代微型電子束柱之一實例偵測系統502。圖5C繪示根據本發明之實施例具有一電子束柱之一實例偵測系統540。
在一些實施例中，偵測器514被放置在一電子束柱中軸上之主要束532之路徑中。在一些實施例中，主要束532從電子源504發射。在一些實施例中，源504係一電子發射器。在一些實施例中，陽極506具有施加到其上之一高電壓，藉此產生一電場，以便從電子源504提取電子。在一些實施例中，陽極506下方係一靜電聚光透鏡508，其將束532聚焦至限制孔徑510中。在一些實施例中，限制孔徑510界定電子源處之可接受角度。在一些實施例中，限制孔徑510將束532濾波至幾十微米量級。
在一些實施例中，主要束532隨後穿過偵測器514之通孔。在一些實施例中，主要束532隨後在其至樣本530 (例如，一晶圓)之過程中穿過掃描線圈或偏轉器516。在此類實施例中，此等掃描線圈或偏轉器516使主要束532逐線掃描遍及樣本530。在一些實施例中，物鏡518然後將主要束532聚焦到樣本530上。在一些實施例中，在使主要束532逐線掃描遍及樣本530之後，電子作為二次/背向散射之電子534反射回來，此等電子以一漫射方式沿著主要束路徑返回偵測器514。
在一些實施例中，SE及BSE 534在不同位置，且取決於主要束532逐線掃描樣本之位置衝擊偵測器514，擷取不同強度之一信號。在一些實施例中，取決於樣本530與偵測器514之工作距離，及諸如著陸能量或聚焦等其他操作條件，可調整偵測器514上SE及BSE信號之組成。在一些實施例中，經由與偵測器直接相鄰之放大器電路讀取偵測器信號，以最小化雜訊。
如圖5B中所示，在一些實施例中，偵測系統502包含一後透鏡元件520，以控制偵測器514上之SE及BSE信號。在一些實施例中，藉由調整樣本至偵測系統底部之距離(「工作距離」)及後透鏡元件520上之電壓，系統可控制SE及BSE信號之比率，且聚焦於偵測器及收集效率。此允許一操作員獲得主要為SE、主要為BSE或兩者之一組合之影像，以最佳化特定於正在被成像之一樣本之影像品質。在一些實施例中，工作距離界定為從樣本530到物鏡518的距離。在其他實施例中，工作距離界定為從樣本530至後透鏡元件520之距離。在一些實施例中，仍然可僅藉由改變工作距離來調整SE及BSE信號。然而，在一些實施例中，後透鏡元件520結合改變的工作距離，有助於SE及BSE比率操縱。
圖5C繪示偵測系統540，此為電子束柱之又一實例。在一些實施例中，偵測系統540具有與系統500相同之所有元件，惟偵測器被分成兩個單獨的偵測器514A及514B除外。此外，偵測器514A及514B經定位於物鏡518之後。在一些實施例中，偵測器514A偵測BSE，且偵測器514B偵測SE。在一些實施例中，偵測器514B使用一強電場將低能SE拉向一側。在一些實施例中，將偵測器定位於物鏡之後具有若干缺點，其包含一較短的工作距離，及偵測器對污染之一較高敏感性(例如，脫氣、昇華、蒸發)。
圖6A及圖6B繪示根據本發明之實施例，使用信號混合/區分之缺陷擷取600及650之實例。圖6A顯示與僅BSE信號之一缺陷擷取622並列之SE+BSE信號之一混合之一缺陷擷取602。如圖6A中所示，SE+BSE缺陷擷取602顯示缺陷604、606及608。然而，僅BSE缺陷擷取622展示相同的三個缺陷加上額外缺陷610、612、614及616。因此，在圖6A中之特定實例中，僅BSE影像更適合發現缺陷。在一些實施例中，僅BSE影像更適合於線路開放(圖6C，654處線路開放)及線路橋(圖6D，658處線路橋)。
圖6B顯示與僅BSE信號之一缺陷擷取642並列之僅SE信號之一缺陷擷取632。如圖6B中可看出，僅SE缺陷擷取632顯示一缺陷636。然而，僅BSE缺陷擷取642未展示任何缺陷。因此，在圖6B中之特定實例中，僅SE影像更適合發現缺陷。在一些實施例中，僅SE影像更適合接觸開放。
圖7係繪示不同類型電子如何從一樣本上反射出來之一圖。圖7展示主要電子束702命中樣本700。命中樣本後，幾種不同類型的照明反射回來且提供不同資訊。例如，歐格電子724提供表面原子組成資訊。特性X射線722給出厚度原子組成，而陰極發光720給出電子狀態資訊。穿透樣本另一側之一些電子或被傳輸712，抑或在多個方向上散射714 (非相干彈性散射)、718 (非彈性散射)及710 (彈性散射)。
就本發明目的而言，上文所描述之系統主要關注於二次電子(SE)及背向散射之電子(BSE)。在電子束與樣本之間發生彈性碰撞後，反射出BSE。SE起源於樣本之原子。其為束與樣本之間非彈性碰撞之結果。BSE來自樣本之較深區域，而SE來自表面區域。
BSE及SE影像攜帶不同類型的資訊。BSE影像展示對經成像之材料之原子序數差異之高度敏感性；原子序數越高，影像中出現之材料越亮。SE影像提供更詳細的表面資訊，例如拓撲。BSE與SE對影像缺陷之有效性，如線路開口、橋接、針孔、針點等，可能取決於著陸能量、材料、入射角及樣本之圖案/拓撲。
在一些實施例中，固態偵測器可由許多不同的材料及格式製成。下文實例都可取代矽針偵測器。分段微通道板可提供更高的增益信號，同時亦可拾取低能電子。具有分段光電偵測器之光電倍增管/閃爍體可提供更高的增益。矽漂移偵測器(SDD)提供能量分辨。電荷耦合裝置(CCD)可提供更好的空間解析度。其他固態材料類型——例如GaN、金剛石等——可在更高的溫度下操作，此意指該等材料比矽更堅固。
本文所呈現之本發明之某些實施例通常涉及半導體檢測及程序控制領域，且不限於上文所總結之硬體、演算法/軟件實施方案及架構及用例。
儘管為清楚理解，已對前述發明內容進行詳細描述，但顯而易見的係，在隨附發明申請專利範圍內可實施某些變更及修改。應當注意，有許多替代方法來實現本發明之程序、系統及裝置。因此，本實施例將被視為闡釋性的而非限制性的，且本發明不限於本文所給之細節。
100:裝置 102:絕緣體 104:絕緣體 106:P+層/金屬觸點 108:主要電子束/主要束/金屬觸點/通孔 110:金屬接觸 112:垂直結構 114:P-層/P-純質層 116:通道讀出 118:通道讀出 120:偏電電壓 122:二次及背向散射之電子信號/SE及BSE 124:側壁 126:N+接面 128:N+接面 130:通孔 200:主動區域 202:外部通道 204:外部通道 206:外部通道 208:外部通道 210:中心通道 212:死區 214:通孔 216:絕緣體 300:實例點狀圖/點狀圖 304:BSE信號 308:SE收集 400:裝置總成 402:背面照明偵測器/偵測器/裝置 408:導線接合 410:金屬層 414:陶瓷基板/基板 420:金屬陽極觸點 422:陰極觸點 424:陰極觸點 426:基板孔 428:SE及BSE 432:金屬化/金屬層/瞳孔 434:讀出電子裝置/主要束 438:副載波基板 450:裝置總成 470:裝置總成 500:實例偵測系統 504:電子源 506:陽極 508:靜電聚光透鏡 510:限制孔徑 514:偵測器 514A:偵測器 514B:偵測器 516:掃描線圈或偏轉器 518:物鏡 520:後透鏡元件 530:樣本 532:主要束 534:二次/背向散射之電子/ SE及BSE 540:實例偵測系統 602:缺陷擷取 604:缺陷 606:缺陷 608:缺陷 610:額外缺陷 612:額外缺陷 614:額外缺陷 616:額外缺陷 632:缺陷擷取 636:缺陷 642:缺陷擷取 654:線路開放 658:線路橋 700:樣本 702:主要電子束 710:彈性散射 712:傳輸 714:非相干彈性散射 718:非彈性散射 720:陰極發光 722:特性X射線 724:歐格電子 BSE:背向散射之電子 Ch0:通道0 Ch1:通道1 Ch2:通道2 Ch3:通道3 Ch4:通道4 SE+BSE:二次電子+背向散射之電子
圖1係根據本發明之實施例描繪一偵測器裝置之一橫截面之一圖。
圖2繪示根據本發明之實施例之一實例裝置活動區域佈局。
圖3A繪示根據本發明之實施例使用一分段偵測器之BSE收集之一實例點狀圖。
圖3B繪示根據本發明之實施例使用一分段偵測器之SE收集之一實例點狀圖。
圖4A、圖4B及圖4C繪示根據本發明之實施例之裝置總成之實例。
圖5A繪示根據本發明之實施例之具有一微型柱之一實例偵測系統。
圖5B繪示根據本發明之實施例之具有一替代微型柱之一實例偵測系統。 圖5C繪示根據本發明之實施例之具有一電子束柱之一實例偵測系統。
圖6A及圖6B繪示根據本發明之實施例之具有信號混合/微分之缺陷擷取實例。 圖6C及圖6D繪示根據本發明之實施例之缺陷影像之實例。 圖7係根據本發明之實施例繪示不同電子類型如何從一樣本上反射之一圖。
100:裝置
102:絕緣體
104:絕緣體
106:P+層/金屬觸點
108:主要電子束/主要束/金屬觸點/通孔
110:金屬接觸
112:垂直結構
114:P-層/P-純質層
116:通道讀出
118:通道讀出
120:偏電電壓
122:二次及背向散射之電子信號/SE及BSE
124:側壁
126:N+接面
128:N+接面
130:通孔

Claims (20)

  1. 一種固態裝置，該裝置包括： 一垂直結構，其包括一N+/P-/P+或一P+/N-/N+結構，用於穿過該裝置之厚度之完全空乏，該N+/P-/P+或一P+/N-/N+結構包含經形成於該裝置前側之一N+或P+接面，位於其中間之一P-或N-純質層，及經形成於該裝置背面之一P+或N+層； 一主動區域，其用於收集二次電子(SE)及背向散射之電子(BSE)，該主動區域正在被分段成多個通道，以分離二次電子及背向散射之電子之偵測；及 一通孔，其經放置於該裝置中心內，以允許一主要束穿過該裝置，其中該主要束進入該裝置前側上之該通孔。
  2. 如請求項1之固態裝置，其中該分段出現在該裝置前側上，且SE及BSE被收集在該裝置背面上。
  3. 如請求項1之固態裝置，其中該裝置前側亦包含金屬觸點，以最大化用於SE及BSE收集之可用區域。
  4. 如請求項1之固態裝置，其中該P+層包括硼或另一受體摻雜劑。
  5. 如請求項1之固態裝置，其中該P+層包含一額外導電塗層。
  6. 如請求項1之固態裝置，其進一步包含用於控制該裝置上之該等SE及BSE信號之一後透鏡元件。
  7. 如請求項1之固態裝置，其中該等分段通道包括由四個面積相等之象限包圍之一圓形中心通道，其中該等四個象限中之各象限具有與該圓形中心通道相同之面積。
  8. 一種系統，其包括 一電子源； 一陶瓷基板；及 一裝置，其經耦合至該陶瓷基板，該裝置包括： 一垂直結構，其包括一N+/P-/P+或一P+/N-/N+結構，用於穿過該裝置之厚度之完全空乏，該N+/P-/P+或一P+/N-/N+結構包含經形成於該裝置前側之一N+或P+接面，位於其中間之一P-或N-純質層，及經形成於該裝置背面之一P+或N+層； 一主動區域，其用於收集二次電子(SE)及背向散射之電子(BSE)，該主動區域正在被分段成多個通道，以分離二次電子及背向散射之電子之偵測；及 一通孔，其經放置於該裝置中心內，以允許一主要束穿過該裝置，其中該主要束進入該裝置前側上之該通孔。
  9. 如請求項8之系統，其中該分段出現在該裝置前側上，且SE及BSE被收集在該裝置背面上。
  10. 如請求項8之系統，其中該裝置前側亦包含金屬觸點，以最大化用於SE及BSE收集之該可用區域。
  11. 如請求項8之系統，其中該P+層包括硼或另一受體摻雜劑。
  12. 如請求項8之系統，其中該P+層包含一額外導電塗層。
  13. 如請求項8之系統，其中該裝置進一步包括用於控制該裝置上之該等SE及BSE信號之一後透鏡元件。
  14. 如請求項8之系統，其中該分段通道包括由四個面積相等之象限包圍之一圓形中心通道，其中該等四個象限中之各象限具有與該圓形中心通道相同之面積。
  15. 一種用於判定一晶圓上缺陷之方法，該方法包括： 向該晶圓射出該主要電子束；及 在一固態裝置上收集二次及背向散射之電子，該裝置包括： 一垂直結構，其包括一N+/P-/P+或一P+/N-/N+結構，用於穿過該裝置之厚度之完全空乏，該N+/P-/P+或一P+/N-/N+結構包含經形成於該裝置前側之一N+或P+接面，位於其中間之一P-或N-純質層，及經形成於該裝置背面之一P+或N+層； 一主動區域，其用於收集二次電子(SE)及背向散射之電子(BSE)，該主動區域正在被分段成多個通道，以分離二次電子及背向散射之電子之偵測；及 一通孔，其經放置於該裝置中心內，以允許一主要束穿過該裝置，其中該主要束進入該裝置前側上之該通孔。
  16. 如請求項15之方法，其中該分段出現在該裝置前側上，且SE及BSE被收集在該裝置背面上。
  17. 如請求項15之方法，其中該裝置前側亦包含金屬觸點，以最大化用於SE及BSE收集之該可用區域。
  18. 如請求項15之方法，其中該P+層包括硼或另一受體摻雜劑。
  19. 如請求項15之方法，其中該P+層包含一額外導電塗層。
  20. 如請求項15之方法，其中該裝置進一步包括用於控制該裝置上之該等SE及BSE信號之一後透鏡元件。
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